xref: /linux/crypto/rsa.c (revision ab52c59103002b49f2455371e4b9c56ba3ef1781)
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
2 /* RSA asymmetric public-key algorithm [RFC3447]
3  *
4  * Copyright (c) 2015, Intel Corporation
5  * Authors: Tadeusz Struk <tadeusz.struk@intel.com>
6  */
7 
8 #include <linux/fips.h>
9 #include <linux/module.h>
10 #include <linux/mpi.h>
11 #include <crypto/internal/rsa.h>
12 #include <crypto/internal/akcipher.h>
13 #include <crypto/akcipher.h>
14 #include <crypto/algapi.h>
15 
16 struct rsa_mpi_key {
17 	MPI n;
18 	MPI e;
19 	MPI d;
20 	MPI p;
21 	MPI q;
22 	MPI dp;
23 	MPI dq;
24 	MPI qinv;
25 };
26 
27 static int rsa_check_payload(MPI x, MPI n)
28 {
29 	MPI n1;
30 
31 	if (mpi_cmp_ui(x, 1) <= 0)
32 		return -EINVAL;
33 
34 	n1 = mpi_alloc(0);
35 	if (!n1)
36 		return -ENOMEM;
37 
38 	if (mpi_sub_ui(n1, n, 1) || mpi_cmp(x, n1) >= 0) {
39 		mpi_free(n1);
40 		return -EINVAL;
41 	}
42 
43 	mpi_free(n1);
44 	return 0;
45 }
46 
47 /*
48  * RSAEP function [RFC3447 sec 5.1.1]
49  * c = m^e mod n;
50  */
51 static int _rsa_enc(const struct rsa_mpi_key *key, MPI c, MPI m)
52 {
53 	/*
54 	 * Even though (1) in RFC3447 only requires 0 <= m <= n - 1, we are
55 	 * slightly more conservative and require 1 < m < n - 1. This is in line
56 	 * with SP 800-56Br2, Section 7.1.1.
57 	 */
58 	if (rsa_check_payload(m, key->n))
59 		return -EINVAL;
60 
61 	/* (2) c = m^e mod n */
62 	return mpi_powm(c, m, key->e, key->n);
63 }
64 
65 /*
66  * RSADP function [RFC3447 sec 5.1.2]
67  * m_1 = c^dP mod p;
68  * m_2 = c^dQ mod q;
69  * h = (m_1 - m_2) * qInv mod p;
70  * m = m_2 + q * h;
71  */
72 static int _rsa_dec_crt(const struct rsa_mpi_key *key, MPI m_or_m1_or_h, MPI c)
73 {
74 	MPI m2, m12_or_qh;
75 	int ret = -ENOMEM;
76 
77 	/*
78 	 * Even though (1) in RFC3447 only requires 0 <= c <= n - 1, we are
79 	 * slightly more conservative and require 1 < c < n - 1. This is in line
80 	 * with SP 800-56Br2, Section 7.1.2.
81 	 */
82 	if (rsa_check_payload(c, key->n))
83 		return -EINVAL;
84 
85 	m2 = mpi_alloc(0);
86 	m12_or_qh = mpi_alloc(0);
87 	if (!m2 || !m12_or_qh)
88 		goto err_free_mpi;
89 
90 	/* (2i) m_1 = c^dP mod p */
91 	ret = mpi_powm(m_or_m1_or_h, c, key->dp, key->p);
92 	if (ret)
93 		goto err_free_mpi;
94 
95 	/* (2i) m_2 = c^dQ mod q */
96 	ret = mpi_powm(m2, c, key->dq, key->q);
97 	if (ret)
98 		goto err_free_mpi;
99 
100 	/* (2iii) h = (m_1 - m_2) * qInv mod p */
101 	mpi_sub(m12_or_qh, m_or_m1_or_h, m2);
102 	mpi_mulm(m_or_m1_or_h, m12_or_qh, key->qinv, key->p);
103 
104 	/* (2iv) m = m_2 + q * h */
105 	mpi_mul(m12_or_qh, key->q, m_or_m1_or_h);
106 	mpi_addm(m_or_m1_or_h, m2, m12_or_qh, key->n);
107 
108 	ret = 0;
109 
110 err_free_mpi:
111 	mpi_free(m12_or_qh);
112 	mpi_free(m2);
113 	return ret;
114 }
115 
116 static inline struct rsa_mpi_key *rsa_get_key(struct crypto_akcipher *tfm)
117 {
118 	return akcipher_tfm_ctx(tfm);
119 }
120 
121 static int rsa_enc(struct akcipher_request *req)
122 {
123 	struct crypto_akcipher *tfm = crypto_akcipher_reqtfm(req);
124 	const struct rsa_mpi_key *pkey = rsa_get_key(tfm);
125 	MPI m, c = mpi_alloc(0);
126 	int ret = 0;
127 	int sign;
128 
129 	if (!c)
130 		return -ENOMEM;
131 
132 	if (unlikely(!pkey->n || !pkey->e)) {
133 		ret = -EINVAL;
134 		goto err_free_c;
135 	}
136 
137 	ret = -ENOMEM;
138 	m = mpi_read_raw_from_sgl(req->src, req->src_len);
139 	if (!m)
140 		goto err_free_c;
141 
142 	ret = _rsa_enc(pkey, c, m);
143 	if (ret)
144 		goto err_free_m;
145 
146 	ret = mpi_write_to_sgl(c, req->dst, req->dst_len, &sign);
147 	if (ret)
148 		goto err_free_m;
149 
150 	if (sign < 0)
151 		ret = -EBADMSG;
152 
153 err_free_m:
154 	mpi_free(m);
155 err_free_c:
156 	mpi_free(c);
157 	return ret;
158 }
159 
160 static int rsa_dec(struct akcipher_request *req)
161 {
162 	struct crypto_akcipher *tfm = crypto_akcipher_reqtfm(req);
163 	const struct rsa_mpi_key *pkey = rsa_get_key(tfm);
164 	MPI c, m = mpi_alloc(0);
165 	int ret = 0;
166 	int sign;
167 
168 	if (!m)
169 		return -ENOMEM;
170 
171 	if (unlikely(!pkey->n || !pkey->d)) {
172 		ret = -EINVAL;
173 		goto err_free_m;
174 	}
175 
176 	ret = -ENOMEM;
177 	c = mpi_read_raw_from_sgl(req->src, req->src_len);
178 	if (!c)
179 		goto err_free_m;
180 
181 	ret = _rsa_dec_crt(pkey, m, c);
182 	if (ret)
183 		goto err_free_c;
184 
185 	ret = mpi_write_to_sgl(m, req->dst, req->dst_len, &sign);
186 	if (ret)
187 		goto err_free_c;
188 
189 	if (sign < 0)
190 		ret = -EBADMSG;
191 err_free_c:
192 	mpi_free(c);
193 err_free_m:
194 	mpi_free(m);
195 	return ret;
196 }
197 
198 static void rsa_free_mpi_key(struct rsa_mpi_key *key)
199 {
200 	mpi_free(key->d);
201 	mpi_free(key->e);
202 	mpi_free(key->n);
203 	mpi_free(key->p);
204 	mpi_free(key->q);
205 	mpi_free(key->dp);
206 	mpi_free(key->dq);
207 	mpi_free(key->qinv);
208 	key->d = NULL;
209 	key->e = NULL;
210 	key->n = NULL;
211 	key->p = NULL;
212 	key->q = NULL;
213 	key->dp = NULL;
214 	key->dq = NULL;
215 	key->qinv = NULL;
216 }
217 
218 static int rsa_check_key_length(unsigned int len)
219 {
220 	switch (len) {
221 	case 512:
222 	case 1024:
223 	case 1536:
224 		if (fips_enabled)
225 			return -EINVAL;
226 		fallthrough;
227 	case 2048:
228 	case 3072:
229 	case 4096:
230 		return 0;
231 	}
232 
233 	return -EINVAL;
234 }
235 
236 static int rsa_check_exponent_fips(MPI e)
237 {
238 	MPI e_max = NULL;
239 
240 	/* check if odd */
241 	if (!mpi_test_bit(e, 0)) {
242 		return -EINVAL;
243 	}
244 
245 	/* check if 2^16 < e < 2^256. */
246 	if (mpi_cmp_ui(e, 65536) <= 0) {
247 		return -EINVAL;
248 	}
249 
250 	e_max = mpi_alloc(0);
251 	if (!e_max)
252 		return -ENOMEM;
253 	mpi_set_bit(e_max, 256);
254 
255 	if (mpi_cmp(e, e_max) >= 0) {
256 		mpi_free(e_max);
257 		return -EINVAL;
258 	}
259 
260 	mpi_free(e_max);
261 	return 0;
262 }
263 
264 static int rsa_set_pub_key(struct crypto_akcipher *tfm, const void *key,
265 			   unsigned int keylen)
266 {
267 	struct rsa_mpi_key *mpi_key = akcipher_tfm_ctx(tfm);
268 	struct rsa_key raw_key = {0};
269 	int ret;
270 
271 	/* Free the old MPI key if any */
272 	rsa_free_mpi_key(mpi_key);
273 
274 	ret = rsa_parse_pub_key(&raw_key, key, keylen);
275 	if (ret)
276 		return ret;
277 
278 	mpi_key->e = mpi_read_raw_data(raw_key.e, raw_key.e_sz);
279 	if (!mpi_key->e)
280 		goto err;
281 
282 	mpi_key->n = mpi_read_raw_data(raw_key.n, raw_key.n_sz);
283 	if (!mpi_key->n)
284 		goto err;
285 
286 	if (rsa_check_key_length(mpi_get_size(mpi_key->n) << 3)) {
287 		rsa_free_mpi_key(mpi_key);
288 		return -EINVAL;
289 	}
290 
291 	if (fips_enabled && rsa_check_exponent_fips(mpi_key->e)) {
292 		rsa_free_mpi_key(mpi_key);
293 		return -EINVAL;
294 	}
295 
296 	return 0;
297 
298 err:
299 	rsa_free_mpi_key(mpi_key);
300 	return -ENOMEM;
301 }
302 
303 static int rsa_set_priv_key(struct crypto_akcipher *tfm, const void *key,
304 			    unsigned int keylen)
305 {
306 	struct rsa_mpi_key *mpi_key = akcipher_tfm_ctx(tfm);
307 	struct rsa_key raw_key = {0};
308 	int ret;
309 
310 	/* Free the old MPI key if any */
311 	rsa_free_mpi_key(mpi_key);
312 
313 	ret = rsa_parse_priv_key(&raw_key, key, keylen);
314 	if (ret)
315 		return ret;
316 
317 	mpi_key->d = mpi_read_raw_data(raw_key.d, raw_key.d_sz);
318 	if (!mpi_key->d)
319 		goto err;
320 
321 	mpi_key->e = mpi_read_raw_data(raw_key.e, raw_key.e_sz);
322 	if (!mpi_key->e)
323 		goto err;
324 
325 	mpi_key->n = mpi_read_raw_data(raw_key.n, raw_key.n_sz);
326 	if (!mpi_key->n)
327 		goto err;
328 
329 	mpi_key->p = mpi_read_raw_data(raw_key.p, raw_key.p_sz);
330 	if (!mpi_key->p)
331 		goto err;
332 
333 	mpi_key->q = mpi_read_raw_data(raw_key.q, raw_key.q_sz);
334 	if (!mpi_key->q)
335 		goto err;
336 
337 	mpi_key->dp = mpi_read_raw_data(raw_key.dp, raw_key.dp_sz);
338 	if (!mpi_key->dp)
339 		goto err;
340 
341 	mpi_key->dq = mpi_read_raw_data(raw_key.dq, raw_key.dq_sz);
342 	if (!mpi_key->dq)
343 		goto err;
344 
345 	mpi_key->qinv = mpi_read_raw_data(raw_key.qinv, raw_key.qinv_sz);
346 	if (!mpi_key->qinv)
347 		goto err;
348 
349 	if (rsa_check_key_length(mpi_get_size(mpi_key->n) << 3)) {
350 		rsa_free_mpi_key(mpi_key);
351 		return -EINVAL;
352 	}
353 
354 	if (fips_enabled && rsa_check_exponent_fips(mpi_key->e)) {
355 		rsa_free_mpi_key(mpi_key);
356 		return -EINVAL;
357 	}
358 
359 	return 0;
360 
361 err:
362 	rsa_free_mpi_key(mpi_key);
363 	return -ENOMEM;
364 }
365 
366 static unsigned int rsa_max_size(struct crypto_akcipher *tfm)
367 {
368 	struct rsa_mpi_key *pkey = akcipher_tfm_ctx(tfm);
369 
370 	return mpi_get_size(pkey->n);
371 }
372 
373 static void rsa_exit_tfm(struct crypto_akcipher *tfm)
374 {
375 	struct rsa_mpi_key *pkey = akcipher_tfm_ctx(tfm);
376 
377 	rsa_free_mpi_key(pkey);
378 }
379 
380 static struct akcipher_alg rsa = {
381 	.encrypt = rsa_enc,
382 	.decrypt = rsa_dec,
383 	.set_priv_key = rsa_set_priv_key,
384 	.set_pub_key = rsa_set_pub_key,
385 	.max_size = rsa_max_size,
386 	.exit = rsa_exit_tfm,
387 	.base = {
388 		.cra_name = "rsa",
389 		.cra_driver_name = "rsa-generic",
390 		.cra_priority = 100,
391 		.cra_module = THIS_MODULE,
392 		.cra_ctxsize = sizeof(struct rsa_mpi_key),
393 	},
394 };
395 
396 static int __init rsa_init(void)
397 {
398 	int err;
399 
400 	err = crypto_register_akcipher(&rsa);
401 	if (err)
402 		return err;
403 
404 	err = crypto_register_template(&rsa_pkcs1pad_tmpl);
405 	if (err) {
406 		crypto_unregister_akcipher(&rsa);
407 		return err;
408 	}
409 
410 	return 0;
411 }
412 
413 static void __exit rsa_exit(void)
414 {
415 	crypto_unregister_template(&rsa_pkcs1pad_tmpl);
416 	crypto_unregister_akcipher(&rsa);
417 }
418 
419 subsys_initcall(rsa_init);
420 module_exit(rsa_exit);
421 MODULE_ALIAS_CRYPTO("rsa");
422 MODULE_LICENSE("GPL");
423 MODULE_DESCRIPTION("RSA generic algorithm");
424